Nye utviklinger innen kvalitetssikring av betongdekker kan gi viktig informasjon om kvalitet, holdbarhet og samsvar med hybriddesignkoder.
Konstruksjonen av betongdekke kan se nødsituasjoner, og entreprenøren må verifisere kvaliteten og holdbarheten til plasstøpt betong. Disse hendelsene inkluderer eksponering for regn under helleprosessen, etterpåføring av herdeblandinger, plastkrymping og sprekktimer innen noen få timer etter helling, og problemer med betongteksturering og herding. Selv om styrkekravene og andre materialtester er oppfylt, kan ingeniører kreve fjerning og utskifting av fortaudeler fordi de er bekymret for om in-situ-materialene oppfyller spesifikasjonene for blandingsdesign.
I dette tilfellet kan petrografi og andre komplementære (men profesjonelle) testmetoder gi viktig informasjon om kvaliteten og holdbarheten til betongblandinger og om de oppfyller arbeidsspesifikasjonene.
Figur 1. Eksempler på fluorescensmikroskopmikrofotografier av betongpasta ved 0,40 w/c (øvre venstre hjørne) og 0,60 w/c (øvre høyre hjørne). Nedre venstre figur viser enheten for måling av motstanden til en betongsylinder. Nederste høyre figur viser forholdet mellom volumresistivitet og w/c. Chunyu Qiao og DRP, et Twining Company
Abrams lov: "Trykkstyrken til en betongblanding er omvendt proporsjonal med dens vann-sementforhold."
Professor Duff Abrams beskrev først forholdet mellom vann-sement-forhold (w/c) og trykkstyrke i 1918 [1], og formulerte det som nå kalles Abrams lov: "The compressive strength of concrete Water/sement ratio." I tillegg til å kontrollere trykkfastheten, favoriseres nå vannsementforholdet (w/cm) fordi det anerkjenner erstatningen av Portland-sement med supplerende sementeringsmaterialer som flyveaske og slagg. Det er også en nøkkelparameter for betongens holdbarhet. Mange studier har vist at betongblandinger med w/cm lavere enn ~0,45 er holdbare i aggressive miljøer, som områder utsatt for fryse-tine sykluser med avisingssalter eller områder hvor det er høy konsentrasjon av sulfat i jorda.
Kapillære porer er en iboende del av sementslurry. De består av rommet mellom sementhydreringsprodukter og uhydrerte sementpartikler som en gang var fylt med vann. [2] Kapillærporer er mye finere enn innesluttede eller innestengte porer og bør ikke forveksles med dem. Når kapillærporene er koblet sammen, kan væske fra det ytre miljø migrere gjennom pastaen. Dette fenomenet kalles penetrering og må minimeres for å sikre holdbarhet. Mikrostrukturen til den slitesterke betongblandingen er at porene er segmentert i stedet for sammen. Dette skjer når w/cm er mindre enn ~0,45.
Selv om det er notorisk vanskelig å nøyaktig måle w/cm av herdet betong, kan en pålitelig metode gi et viktig kvalitetssikringsverktøy for å undersøke herdet plasstøpt betong. Fluorescensmikroskopi gir en løsning. Slik fungerer det.
Fluorescensmikroskopi er en teknikk som bruker epoksyharpiks og fluorescerende fargestoffer for å belyse detaljer i materialer. Det er mest brukt i medisinske vitenskaper, og det har også viktige anvendelser innen materialvitenskap. Den systematiske anvendelsen av denne metoden i betong startet for nesten 40 år siden i Danmark [3]; den ble standardisert i Norden i 1991 for estimering av v/c i herdet betong, og ble oppdatert i 1999 [4].
For å måle w/cm av sementbaserte materialer (dvs. betong, mørtel og fugemasse), brukes fluorescerende epoksy til å lage en tynn seksjon eller betongblokk med en tykkelse på omtrent 25 mikron eller 1/1000 tomme (Figur 2). Prosessen innebærer at betongkjernen eller sylinderen kuttes i flate betongblokker (kalt emner) med et areal på omtrent 25 x 50 mm (1 x 2 tommer). Emnet limes til en glassplate, plasseres i et vakuumkammer, og epoksyharpiks introduseres under vakuum. Når w/cm øker, vil tilkoblingen og antall porer øke, slik at mer epoksy trenger inn i pastaen. Vi undersøker flakene under et mikroskop ved å bruke et sett med spesielle filtre for å eksitere de fluorescerende fargestoffene i epoksyharpiksen og filtrere ut overflødige signaler. På disse bildene representerer de svarte områdene aggregatpartikler og uhydrerte sementpartikler. Porøsiteten til de to er i utgangspunktet 0%. Den lyse grønne sirkelen er porøsiteten (ikke porøsiteten), og porøsiteten er i utgangspunktet 100 %. En av disse funksjonene Den flekkete grønne "substansen" er en pasta (Figur 2). Ettersom betongens w/cm og kapillærporøsitet øker, blir den unike grønne fargen på pastaen lysere og lysere (se figur 3).
Figur 2. Fluorescensmikrofotografi av flak som viser aggregerte partikler, hulrom (v) og pasta. Den horisontale feltbredden er ~ 1,5 mm. Chunyu Qiao og DRP, et Twining Company
Figur 3. Fluorescensmikrofotografier av flakene viser at når w/cm øker, blir den grønne pastaen gradvis lysere. Disse blandingene er luftet og inneholder flyveaske. Chunyu Qiao og DRP, et Twining Company
Bildeanalyse innebærer å trekke ut kvantitative data fra bilder. Det brukes i mange forskjellige vitenskapelige felt, fra fjernmålingsmikroskop. Hver piksel i et digitalt bilde blir i hovedsak et datapunkt. Denne metoden lar oss knytte tall til de forskjellige grønne lysstyrkenivåene som sees på disse bildene. I løpet av de siste 20 årene eller så, med revolusjonen innen stasjonær datakraft og digital bildeinnsamling, har bildeanalyse nå blitt et praktisk verktøy som mange mikroskopister (inkludert betongpetrologer) kan bruke. Vi bruker ofte bildeanalyse for å måle kapillærporøsiteten til slurryen. Over tid fant vi at det er en sterk systematisk statistisk korrelasjon mellom w/cm og kapillærporøsiteten, som vist i følgende figur (Figur 4 og Figur 5) ).
Figur 4. Eksempel på data hentet fra fluorescensmikrofotografier av tynne snitt. Denne grafen plotter antall piksler ved et gitt grått nivå i et enkelt mikrofotografi. De tre toppene tilsvarer aggregater (oransje kurve), pasta (grå område) og tomrom (ufylt topp helt til høyre). Pastaens kurve lar en beregne gjennomsnittlig porestørrelse og standardavviket. Chunyu Qiao og DRP, Twining Company Figur 5. Denne grafen oppsummerer en serie med w/cm gjennomsnittlige kapillærmålinger og 95 % konfidensintervaller i blandingen som består av ren sement, flyveaskesement og naturlig puzzolanbindemiddel. Chunyu Qiao og DRP, et Twining Company
I den endelige analysen kreves det tre uavhengige tester for å bevise at betongen på stedet overholder spesifikasjonen for blandingsdesign. Innhent så langt det er mulig kjerneprøver fra plasseringer som oppfyller alle akseptkriterier, samt prøver fra relaterte plasseringer. Kjernen fra det aksepterte oppsettet kan brukes som en kontrollprøve, og du kan bruke den som en benchmark for å evaluere samsvaret til det aktuelle oppsettet.
Etter vår erfaring, når ingeniører med registreringer ser dataene som er hentet fra disse testene, aksepterer de vanligvis plassering hvis andre nøkkeltekniske egenskaper (som trykkstyrke) er oppfylt. Ved å gi kvantitative mål på w/cm og formasjonsfaktor kan vi gå utover testene som er spesifisert for mange jobber for å bevise at den aktuelle blandingen har egenskaper som vil gi god holdbarhet.
David Rothstein, Ph.D., PG, FACI er sjeflitografen til DRP, A Twining Company. Han har mer enn 25 års profesjonell petrologerfaring og inspiserte personlig mer enn 10 000 prøver fra mer enn 2000 prosjekter rundt om i verden. Dr. Chunyu Qiao, sjefforskeren i DRP, et Twining Company, er en geolog og materialforsker med mer enn ti års erfaring i sementering av materialer og naturlige og bearbeidede steinprodukter. Hans ekspertise inkluderer bruk av bildeanalyse og fluorescensmikroskopi for å studere holdbarheten til betong, med spesiell vekt på skader forårsaket av avisingssalter, alkali-silisiumreaksjoner og kjemisk angrep i avløpsrenseanlegg.
Innleggstid: Sep-07-2021